TA15钛合金是一种近a型中高强钛合金，名义成分为Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V。由于其优良的热稳定性、焊接性和加工性能，以及500℃以下优异的高温持久性能和高温蠕变性能，在航空航天领域得到了广泛应用，主要用于制备机身结构件、发动机叶片等。
航空钛合金零件主要通过锻造工艺制备，其组织性能和热加工工艺密切相关，热变形工艺参数主要包括变形温度、变形速度、变形量等。王哲等研究TA15钛合金在(α+β)两相区变形时锻造温度对组织性能的影响时发现，锻造温度可以影响初生α ρ 相以及片状α相的含量，进而影响合金抗拉强度以及各向异性。随锻造温度降低，初生α ρ 相含量增加，片状α相含量降低，厚度和长度比值减小，抗拉强度提高:在Tβ-50℃温度锻造后，锻件横向、纵向、高向3个方向的抗拉强度极差随锻造温度的降低而减小。张海成等研究热变形工艺对TA15合金室温组织性能的影响时发现，变形量的增加导致锻件室温强度先降低后升高，增大变形速度会降低合金综合力学性能，等轴的初生α相与基体上规则排列的次生α相导致合金强度和塑性高，而长条状的初生α相、球化的次生α相导致合金力学性能变差。李晓煜等研究了自由锻和径锻两种锻造工艺对TA15棒材组织性能的影响，结果表明:两种锻棒不同位置的组织存在差异，径锻棒心部初生α相占比高，且形貌不规则，退火后组织内存在大量块状α相和细小再结晶晶粒，而自由锻棒退火后各位置组织无明显变化;径锻后棒材的边部室温抗拉强度、面缩和冲击性能提升。孙梦桐等研究了包套轧制和普通冷轧工艺对TA15薄板的组织和性能影响;孙静娜等研究了预应变、热处理温度和时间等工艺参数对TA15钛合金片状α相静态球化的影响，并分析了球化机制。
研究者们针对TA15钛合金变形和热处理前后的组织和性能展开了非常多的研究，有助于每火次锻造工艺窗口的确定。但由于设备、材料等限制，大部分锻件无法一火成形，火次在锻件的生产过程中扮演着重要的角色，本文针对锻造火次对TA15钛合金棒材单方向上变形后的组织和性能均匀性以及各向异性的影响展开研究，为锻造工艺制定提供指导。
一、材料及试验过程
本文所用材料为TA15钛合金，名义成分为Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V,来料为∅ 350mm棒材,使用快锻机进行1火、2火、3火锻造成坯料，变形前后尺寸和变形量见表1。坯料加热温度为960℃，锻后850℃退火，然后在不同位置、不同方向上进行取样测试横向(X方向)、纵向(Y方向)和高向(Z方向)三个方向上的力学性能以及显微组织，坯料示意图如图1所示。
表1坯料变形前后的尺寸与名义变形量
| 火次数量 | 变形前尺寸/mm | 变形后尺寸/mm | 名义变形量 |
| 1 | Φ350 | 80 | 77.1% |
| 2 | Φ350 | 160 | 54.3% |
| 160 | 80 | 50.0% |
| 3 | ϕ350 | 220 | 37.1% |
| 220 | 130 | 40.9% |
| 130 | 80 | 38.5% |
二、试验结果及分析
1、力学性能分析
(1)锻造火次对坯料不同方向上力学性能的影响。
从图2中可知，1火次变形时，坯料中心的应变在2～2.8之间;2火次变形时，每火次变形后坯料心部应变在0.8~1.2之间;3火次变形时，每火次变形后心部应变在0.6～1之间。当总变形量一致时，锻造火次越多，每火次的变形量越小，心部累积的应变也越小，形变强化的效果越小。但对于热变形过程，金属还会发生动态回复再结晶，变形量越大，再结晶的驱动力越大，带来的软化效果越显著，以及后续的热处理过程的静态再结晶也会使得合金强度降低。在形变强化与再结晶软化的共同作用下，锻件的性能具体表现如图3所示，坯料三个方向上的抗拉强度和屈服强度均下降，2火次和3火次锻造后高向上的强度坯料横向上的强度最高，纵向次之，高向上的强度最低，随着锻造火次的增加，锻件3个方向的强度差异逐渐降低，各向异性降低。纵向上的延伸率、断面收缩率和冲击韧性最高，高向上最低。
(2)锻造火次对坯料纵向上不同位置力学性能的影响。
图4为锻造火次对坯料纵向不同位置的力学性能的影响，由图可知，在坯料纵向上，边部的强度最高，靠近中心，强度逐渐降低，随锻造火次增加，强度差异增加，1火次变形时，边部和1/2边缘处的抗拉强度和屈服强度一致，分别为967MPa和897MPa;3火次变形时，边部抗拉强度和屈服强度分别为981MPa和881MPa，而1/2边缘处的抗拉强度和屈服强度分别为943MPa和865MPa，差异为38MPa和18MPa。锻造火次对不同位置冲击韧性的影响与对强度的影响相反，中心冲击韧性最高，边部最低。锻造火次对延伸率和断面收缩率的影响与位置有关，1火次锻造时，边部位置的延伸率和断面收缩率最高，中心最低;2火次锻造时，中心位置的延伸率和断面收缩率最高，边部最低;3火次锻造时，延伸率位边部最高，1/2边缘最低，而断面收缩率则是中心最高，边部最低。
(3)锻造火次对坯料横向上不同位置力学性能的影响。
图5为锻造火次对坯料横向不同位置力学性能的影响，由图可知，横向上坯料不同位置在锻造火次为1和3时差异不明显;锻造火次为2时，边部的抗拉强度和屈服强度最高，1/2边缘和中心位置的抗拉强度和屈服强度基本一致。随锻造火次增加，抗拉强度和屈服强度均呈下降趋势。锻造火次对不同位置的延伸率的影响较小，随锻造火次增加，只有中心位置延伸率稍微下降。锻造火次对不同位置断面收缩率的影响相似，随锻造火次增加，断面收缩率先升高，然后下降，1/2边缘处的升高和下降幅度最大。锻造火次对不同位置冲击韧性的影响与对断面收缩率的影响相反，随锻造火次增加，冲击韧性先降低后升高，中心位置冲击韧性变化较为平缓，边部位置冲击韧性在锻造火次为2时最低。
2、显微组织分析
图6为不同锻造火次对坯料不同位置组织的影响，试样取自坯料正中心位置。从图中可以看出，坯料热处理后的组织主要由等轴α相、次生α相组成。随锻造火次增加,加热时间增加,初生α相尺寸变大，次生α相宽度增大，长度变长。从中心到边缘，次生α相宽度变小，长度变短，从图2中可以看出，中心应变大，边缘应变小，退火时中心位置能为次生α相的静态再结晶提供更高的驱动力，促进次生α相长大;同时，边部冷却速度快，次生α相没有足够的时间长大，因此尺寸较小。次生α相对TA15钛合金的强度影响明显，从图3中可知，次生α相尺寸越小，强度越高，塑性越低。
结论
(1)单方向变形时，随锻造火次增加，坯料三个方向上的抗拉强度和屈服强度均下降;横向上的强度最高，纵向上的延伸率、断面收缩率和冲击韧性最高，高向上所有性能均最低。
(2)单方向变形时，纵向上，坯料边部强度最高，中心最低，随锻造火次越多，强度差异越大;中心冲击韧性最高，边部最低;横向上，除2火次锻造，其余火次锻造时坯料各部位强度差异不明显，冲击韧性先降低后增加。
(3)单方向变形时，随锻造火次增加，由于加热时间长，初生α相尺寸变大，次生α宽度增大，长度变长;中心变形大，冷速慢，且退火时次生α相静态再结晶驱动力大，进一步导致次生α相宽且长。
（注，原文标题：单方向变形锻造火次对TA15钛合金坯料组织性能的影响_谢小川）
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